JP5029921B2 - Method for manufacturing solar battery cell - Google Patents
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Description
本発明は太陽電池セルの製造方法に関し、特に裏面の面積が大きくなった場合でも出力の低下を有効に抑止することができる太陽電池セルの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a solar battery cell, and more particularly to a method for manufacturing a solar battery cell that can effectively suppress a decrease in output even when the area of the back surface increases.
近年、エネルギ資源の枯渇の問題や大気中のCO2の増加のような地球環境問題などからクリーンなエネルギの開発が望まれており、特に太陽電池セルを用いた太陽光発電が新しいエネルギ源として開発、実用化され、発展の道を歩んでいる。 In recent years, development of clean energy has been demanded due to problems of depletion of energy resources and global environmental problems such as an increase in CO 2 in the atmosphere. In particular, solar power generation using solar cells is a new energy source. It has been developed, put into practical use, and is on the path of development.
従来から、太陽電池セルは、たとえば、単結晶または多結晶のシリコン基板の面のうち太陽光が入射する側の面(受光面)にシリコン基板の導電型と反対の導電型となる不純物を拡散することによってpn接合を形成し、シリコン基板の受光面とその反対側にある裏面にそれぞれ電極を形成して製造される。また、シリコン基板の裏面にはシリコン基板と同じ導電型の不純物を高濃度で拡散することによって、裏面電界効果による高出力化を図ることも一般的となっている。 Conventionally, for example, a solar cell diffuses an impurity having a conductivity type opposite to that of a silicon substrate into a surface (light-receiving surface) on a side where sunlight enters, out of a surface of a monocrystalline or polycrystalline silicon substrate. Thus, a pn junction is formed, and electrodes are formed on the light receiving surface of the silicon substrate and the back surface on the opposite side. It is also common to increase the output by the back surface field effect by diffusing impurities of the same conductivity type as the silicon substrate at a high concentration on the back surface of the silicon substrate.
しかしながら、このような構造の太陽電池セルにおいては、受光面に形成される電極が入射する太陽光を遮るため、太陽電池セルの出力が低下してしまうという問題があった。そこで、シリコン基板の受光面には電極を形成せず、シリコン基板の裏面のみに異なる導電型の電極を形成するいわゆる裏面接合型太陽電池セルが開発されている。 However, in the solar cell having such a structure, there is a problem that the output of the solar cell is lowered because the electrode formed on the light receiving surface blocks sunlight incident thereon. Therefore, so-called back junction solar cells have been developed in which electrodes are not formed on the light receiving surface of a silicon substrate, but electrodes of different conductivity types are formed only on the back surface of the silicon substrate.
裏面接合型太陽電池セルにおいては、電極が形成されているシリコン基板の裏面側からしか電力を取り出すことができないため、その電極の構造は裏面接合型太陽電池セルの出力の観点から非常に重要である。 In a back junction solar cell, power can be extracted only from the back side of the silicon substrate on which the electrode is formed. Therefore, the structure of the electrode is very important from the viewpoint of the output of the back junction solar cell. is there.
図13に従来の裏面接合型太陽電池セルの一例の模式的な断面図を示す。この従来の裏面接合型太陽電池セルは、たとえばp型のシリコン基板101の受光面に反射防止膜109が形成されており、シリコン基板101の裏面にn+層105とp+層106とが裏面に沿って交互に所定の間隔をあけて形成されている。そして、p+層106上にはフィンガーp電極111が形成され、n+層105上にはフィンガーn電極112が形成されている。
FIG. 13 shows a schematic cross-sectional view of an example of a conventional back junction solar cell. In this conventional back junction solar cell, for example, an
この裏面接合型太陽電池セルの受光面に太陽光が入射すると、半導体基板101の受光面近傍で生じたキャリアが裏面に形成されたpn接合まで到達し、フィンガーp電極111およびフィンガーn電極112に収集されて外部に取り出される。
When sunlight is incident on the light receiving surface of the back junction solar cell, carriers generated in the vicinity of the light receiving surface of the
図14に従来の裏面接合型太陽電池セルの裏面の電極構造の一例の模式的な平面図を示す。この従来の電極構造においては、太陽電池セルの出力を向上させる観点から、シリコン基板101の裏面の内部にフィンガーp電極111およびフィンガーn電極112が裏面全体を覆うように形成されており、シリコン基板101の裏面の端部にフィンガーp電極111と交差しているバスバーp電極113、フィンガーn電極112と交差しているバスバーn電極114がそれぞれ形成されている。
FIG. 14 shows a schematic plan view of an example of an electrode structure on the back surface of a conventional back junction solar cell. In this conventional electrode structure, from the viewpoint of improving the output of the solar battery cell, the
ここで、フィンガーp電極111およびフィンガーn電極112は、シリーズ抵抗が大きくなると出力の損失になることから、一般的にシリーズ抵抗を小さくする観点から断面積(電極の幅×高さ)が大きくなるように設計される。しかしながら、太陽電池セルの裏面の面積が大きくなると、フィンガーp電極111およびフィンガーn電極112の長さL0をより長くする必要がある一方、これらの電極の高さには限界があることから、断面積を大きくするためには電極の幅W0を大きくする必要があった。電極の幅W0を大きくした場合には、フィンガーp電極111とフィンガーn電極112との間のピッチP0が大きくなってシリコン基板101内におけるキャリアの移動距離が長くなり、太陽電池セルの出力が低下してしまうという問題があった。
Here, since the
本発明の目的は、裏面の面積が大きくなった場合でも出力の低下を有効に抑止することができる太陽電池セルの製造方法を提供することにある。 The objective of this invention is providing the manufacturing method of the photovoltaic cell which can suppress effectively the fall of an output, even when the area of a back surface becomes large.
本発明は、半導体基板の受光面の反対側の裏面にp+層とn+層とが形成されている太陽電池セルの製造方法であって、半導体基板の裏面にp型不純物を含むp型ペースト材およびn型不純物を含むn型ペースト材を付着させる工程と、p型ペースト材およびn型ペースト材を覆うように半導体基板の裏面に拡散防止膜を形成する工程と、半導体基板を加熱することによってp型ペースト材に含まれるp型不純物を半導体基板に拡散させてp+層を形成する工程と、半導体基板を加熱することによってn型ペースト材に含まれるn型不純物を半導体基板に拡散させてn+層を形成する工程と、を含み、テクスチャ構造を形成する工程において、拡散防止膜はテクスチャ構造の形成時のエッチングマスクを兼ねる太陽電池セルの製造方法である。 The present invention relates to a method of manufacturing a solar cell in which a p + layer and an n + layer are formed on the back surface opposite to the light receiving surface of a semiconductor substrate, and the p-type impurity containing p-type impurities on the back surface of the semiconductor substrate. A step of attaching a paste material and an n-type paste material containing an n-type impurity, a step of forming a diffusion prevention film on the back surface of the semiconductor substrate so as to cover the p-type paste material and the n-type paste material , and heating the semiconductor substrate A step of diffusing the p-type impurity contained in the p-type paste material into the semiconductor substrate to form a p + layer, and the semiconductor substrate is heated to diffuse the n-type impurity contained in the n-type paste material into the semiconductor substrate. And a step of forming an n + layer, and in the step of forming the texture structure, the diffusion prevention film is a method for manufacturing a solar cell that also serves as an etching mask when forming the texture structure .
また、本発明の太陽電池セルの製造方法においては、拡散防止膜が酸化シリコン膜からなることが好ましい。 Further, in the method for manufacturing a solar cell of the present invention, the diffusion preventing film is preferably Rukoto such a silicon oxide film.
本発明によれば、裏面の面積が大きくなった場合でも出力の低下を有効に抑止することができる太陽電池セルの製造方法を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, even when the area of a back surface becomes large , the manufacturing method of the photovoltaic cell which can suppress effectively the fall of an output can be provided.
以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、本願の図面において、同一の参照符号は同一部分または相当部分を表わすものとする。 Embodiments of the present invention will be described below. In the drawings of the present application, the same reference numerals represent the same or corresponding parts.
図1から図9の模式的断面図に、本発明の太陽電池セルの製造工程の好ましい一例を示す。まず、図1に示すように、シリコン結晶のインゴッドをスライスして得られた半導体基板としてのシリコン基板1は、スライスの際にその表面近傍にダメージ層1aが存在する。そこで、図2に示すように、酸性またはアルカリ性の溶液を用いてダメージ層1aがエッチングされる。ここで、シリコン基板1はn型でもp型でもよく、シリコン基板1の大きさや厚さは制限されない。ただし、入射する太陽光の反射の損失を抑制するため、シリコン基板1の受光面にテクスチャと呼ばれるピラミッド状の微細構造を形成する場合にはシリコン基板1の受光面の面方位が(100)であることが好ましい。 The schematic cross-sectional views of FIGS. 1 to 9 show a preferred example of the manufacturing process of the solar battery cell of the present invention. First, as shown in FIG. 1, a silicon substrate 1 as a semiconductor substrate obtained by slicing an ingot of a silicon crystal has a damaged layer 1a in the vicinity of the surface at the time of slicing. Therefore, as shown in FIG. 2, the damaged layer 1a is etched using an acidic or alkaline solution. Here, the silicon substrate 1 may be n-type or p-type, and the size and thickness of the silicon substrate 1 are not limited. However, when a pyramidal microstructure called a texture is formed on the light receiving surface of the silicon substrate 1 in order to suppress the loss of reflection of incident sunlight, the surface orientation of the light receiving surface of the silicon substrate 1 is (100). Preferably there is.
次に、図3に示すように、シリコン基板1の受光面の反対側にある裏面にp型不純物としてたとえばボロンを含むp型ペースト材2と、n型不純物としてたとえばリンを含むn型ペースト材3とを所望のパターン形状に付着させ、これらのペースト材に含まれる有機溶媒成分を蒸発させるためにシリコン基板1をたとえば100℃〜200℃の温度に加熱した後に、ペースト材が付着した裏面全体を拡散防止膜4で覆う。ここで、ペースト材を所望のパターン形状に付着させる手段としては、たとえばスクリーン印刷やインクジェット印刷などを用いることができる。また、パターン形状としては、シリコン基板1内に発生するキャリアを効率良く収集するため、図3に示すように、p型ペースト材2とn型ペースト材3とがシリコン基板1の裏面に沿って交互に間隔をあけて形成されることが好ましい。また、拡散防止膜4は、たとえば酸化シリコン膜からなり、常圧CVD法による成膜または酸化シリコンを含む塗布液を乾燥させることによって形成することができる。
Next, as shown in FIG. 3, a p-
続いて、シリコン基板1は、たとえば900℃〜1000℃に加熱された石英炉内に投入され、たとえば30分〜60分間石英炉内に設置されることによって、p型ペースト材2に含まれるボロンおよびn型ペースト材3に含まれるリンがシリコン基板1中に拡散し、図4に示すように、シリコン基板1の裏面に沿って複数のp+層6およびn+層5が交互に間隔をあけて形成される。ここで、シリコン基板1の裏面には拡散防止膜4が形成されているため、p型ペースト材2に含まれるボロンおよびn型ペースト材3に含まれるリンはシリコン基板1中に拡散する際にシリコン基板1の外部に拡散することが防止される。
Subsequently, the silicon substrate 1 is put into a quartz furnace heated to, for example, 900 ° C. to 1000 ° C., and placed in the quartz furnace, for example, for 30 minutes to 60 minutes, whereby boron contained in the p-
次いで、シリコン基板1は、たとえば水酸化ナトリウムや水酸化カリウムなどのアルカリとイソプロピルアルコール(IPA)などを含む高温水溶液に浸漬され、シリコン結晶方位に沿った異方性エッチングが進行することにより、図5に示すように、シリコン基板1の受光面に(111)面による微細なピラミッド状のテクスチャ構造8が形成される。ここで、シリコン基板1の裏面には拡散防止膜4が形成されているため、シリコン基板1の裏面はエッチングされない。
Next, the silicon substrate 1 is immersed in a high-temperature aqueous solution containing, for example, an alkali such as sodium hydroxide or potassium hydroxide and isopropyl alcohol (IPA), and anisotropic etching along the silicon crystal orientation proceeds. As shown in FIG. 5, a fine pyramid-
次に、図6に示すように、シリコン基板1はフッ酸などに浸漬させられることにより、シリコン基板1の裏面の拡散保護膜4、p型ペースト材2およびn型ペースト材3が除去される。そして、図7に示すように、シリコン基板1の受光面および裏面にキャリアの表面再結合を抑制するためのパッシベーション膜9、10が形成される。パッシベーション膜9、10としては、たとえば熱酸化によるシリコン酸化膜やプラズマCVD法によるシリコン窒化膜を用いることによって、キャリアの表面再結合を有効に抑制することができる。ここで、シリコン基板1の受光面に形成されるパッシベーション膜9としてシリコン窒化膜を用いた場合にはその屈折率が2.1程度となるため、シリコン窒化膜はシリコン基板1の受光面における太陽光の反射を抑制する反射防止膜としても用いることができる。
Next, as shown in FIG. 6, the silicon substrate 1 is immersed in hydrofluoric acid or the like, whereby the diffusion
次に、シリコン基板1の裏面のp+層6およびn+層5との電気的接続を行なうために、図8に示すように、シリコン基板1の裏面に形成されたパッシベーション膜10が所望のパターン形状に除去される。パッシベーション膜10はたとえばドット状またはライン状などの形態で除去され、p+層6およびn+層5の配列に応じてその除去形態が決定されることが好ましい。また、p+層6およびn+層5以外の部分に電極が形成されることがないように、p+層6およびn+層5の端部よりも内部にあるパッシベーション膜10が除去されることが好ましい。
Next, in order to make electrical connection with the p +
最後に、図9に示すように、パッシベーション膜10が除去された部分に合わせて、p+層6上にフィンガーp電極11が形成されるとともにn+層5上にフィンガーn電極12が形成される。ここで、フィンガーp電極11およびフィンガーn電極12の電極材料としては、太陽電池セルに発生する電流を外部に十分に取り出すことができるように、銀またはアルミニウムなどの高導電材料が用いられることが好ましい。また、フィンガーp電極11およびフィンガーn電極12の形成手段としては、たとえば高真空中における電子ビーム加熱による電極材料の蒸着、電極材料を含むペーストのスクリーン印刷または電極材料のメッキなどの手段を用いることができる。さらに、シリコン基板1とフィンガーp電極11およびフィンガーn電極12との良好なオーミック接触を得るために、シリコン基板1への電極材料の付着後に400℃〜500℃の熱処理が行なわれることが好ましい。なお、これらのフィンガー電極とともに、フィンガー電極と交差するバスバー電極も形成される。
Finally, as shown in FIG. 9, the
図10の模式的平面図に、上記のようにして得られた本発明の太陽電池セルの裏面の電極構造の好ましい一例を示す。図10に示すように、この太陽電池セルの裏面には、複数のフィンガーp電極11とフィンガーn電極12とが交互に太陽電池セルの裏面全体を覆うように直線状に形成されており、フィンガーn電極12と交差するバスバーn電極14は裏面の内部に形成されているが、フィンガーp電極11と交差するバスバーp電極13は裏面の端部に形成されている。このようにすることによって、本発明と従来とで太陽電池セルの裏面の面積が同じ場合であっても、本発明の太陽電池セルの裏面のフィンガーn電極12およびフィンガーp電極11の長さL1は、図14に示す従来のフィンガーn電極112およびフィンガーp電極111の長さL0よりも短くなる。それゆえ、太陽電池セルの裏面の面積が大きくなった場合でもシリーズ抵抗を小さく抑えることができ、フィンガーn電極12およびフィンガーp電極11の幅W1だけでなくフィンガーp電極11とフィンガーn電極12の間のピッチP1も小さくすることができる。したがって、本発明においては、太陽電池セルの裏面の面積が大きくなった場合でもシリコン基板1内におけるキャリアの移動距離が長くならず、フィンガー電極におけるキャリアの収集効率を向上させることが可能になることから、太陽電池セルの出力の低下を有効に抑止することができる。
The schematic plan view of FIG. 10 shows a preferable example of the electrode structure on the back surface of the solar battery cell of the present invention obtained as described above. As shown in FIG. 10, a plurality of finger p-
図11の模式的平面図に、本発明の太陽電池セルの裏面の電極構造の好ましい他の一例を示す。図11に示すように、この太陽電池セルの裏面の内部には、フィンガーn電極12と交差するバスバーn電極14が2本、フィンガーp電極11と交差するバスバーp電極13が1本形成されている。したがって、太陽電池セルの裏面の面積が大きくなった場合でもフィンガーn電極12およびフィンガーp電極11の長さL1を短くすることができることから、この場合にも太陽電池セルの出力の低下を有効に抑止することができる。
The schematic plan view of FIG. 11 shows another preferred example of the electrode structure on the back surface of the solar battery cell of the present invention. As shown in FIG. 11, two bus
図10および図11において、フィンガーn電極12およびフィンガーp電極11の長さL1は、太陽電池セルの裏面のフィンガー電極の長手方向における長さLの1/2以下であることが好ましく、1/4以下であることがより好ましく、1/6以下であることがさらに好ましい。L1がLの1/2よりも大きいときには太陽電池セルの裏面の面積が大きくなった場合に太陽電池セルの出力の低下を有効に抑止することができない傾向にあり、L1がLの1/4以下、特に1/6以下であるときには太陽電池セルの裏面の面積が大きくなった場合でも太陽電池セルの出力の低下を特に有効に抑止することができる傾向にある。
10 and 11, the length L 1 of the
なお、本明細書において、フィンガー電極の長さL1は、図10および図11に示すように、フィンガー電極とバスバー電極の接点からの長さのことをいう。また、フィンガー電極が複数ある場合にはその少なくとも1本の長さが上記範囲にあればよいが、すべてのフィンガー電極の長さが上記範囲にあることが好ましい。 In the present specification, the length L 1 of the finger electrode refers to the length from the contact point between the finger electrode and the bus bar electrode, as shown in FIGS. Further, when there are a plurality of finger electrodes, at least one of the finger electrodes may be in the above range, but it is preferable that all finger electrodes have a length in the above range.
図12の模式的平面図に、本発明の太陽電池モジュールの裏面の電極構造の好ましい一例を示す。図12に示すように、この太陽電池モジュールは、裏面にp+層とn+層とが裏面に沿って交互に形成されている太陽電池セル50a、50b、50c、50dが4つ組み合わされて構成されている。太陽電池セル50a、50b、50c、50dの裏面の両端部にはバスバーp電極13a、13b、13c、13dおよびバスバーn電極14a、14b、14c、14dがそれぞれ形成されているが、個々の太陽電池セル50a、50b、50c、50dの裏面の内部にはバスバー電極は形成されていない。
The schematic plan view of FIG. 12 shows a preferred example of the electrode structure on the back surface of the solar cell module of the present invention. As shown in FIG. 12, this solar cell module is a combination of four
しかしながら、太陽電池セル50a、50b、50c、50dのバスバーn電極14a、14b、14c、14dを共通して1本のバスバーn電極とすることにより、太陽電池モジュール全体としては1本のバスバーn電極が太陽電池モジュールの裏面の内部に形成されていることになるため、上述の太陽電池セルの場合と同様に、太陽電池モジュールの裏面の面積が大きくなった場合でも出力の低下を有効に抑止することができる傾向にある。そして、バスバーp電極13a、13b、13c、13dは分離されて別個独立に存在していることから、各太陽電池セル50a、50b、50c、50dのI−V特性を評価し、その評価から得られた出力が太陽電池モジュール全体の出力に悪影響を及ぼしていると考えられる太陽電池セルがある場合にはその太陽電池セルのバスバーp電極に配線をしないことによって太陽電池モジュール全体の出力の低下をさらに有効に抑止することができる。
However, the bus
なお、上記太陽電池モジュールにおいては、裏面の端部にのみバスバー電極が形成されている太陽電池セルを用いたが、裏面の内部にバスバー電極が形成されている太陽電池セルを用いてもよい。また、太陽電池モジュールにおける好適なフィンガー電極の長さは上記太陽電池セルの場合と同様であることは言うまでもない。 In addition, in the said solar cell module, although the solar cell in which a bus-bar electrode was formed only in the edge part of a back surface was used, you may use the solar cell in which a bus-bar electrode is formed in the inside of a back surface. Needless to say, the preferred finger electrode length in the solar cell module is the same as that in the solar cell.
また、上記太陽電池セルおよび太陽電池モジュールにおいては、pとnの導電型が入れ替わっていてもよいことは言うまでもない。 Needless to say, in the solar battery cell and the solar battery module, the conductivity types of p and n may be interchanged.
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
本発明によれば裏面の面積が大きくなった場合でも出力の低下を有効に抑止することができる太陽電池セルの製造方法を提供することができることから、本発明は、裏面接合型の太陽電池セルまたは裏面接合型の太陽電池セルを複数組み合わせた太陽電池モジュールの製造に好適に利用することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a method for manufacturing a solar cell that can effectively suppress a decrease in output even when the area of the back surface is increased. Therefore, the present invention provides a back junction solar cell. Or it can utilize suitably for manufacture of the solar cell module which combined several solar cell of the back junction type.
1,101 シリコン基板、2 p型ペースト材、3 n型ペースト材、4 拡散防止膜、5,105 n+層、6,106 p+層、8 テクスチャ構造、9,10 パッシベーション膜、11,111 フィンガーp電極、12,112 フィンガーn電極、13,13a,13b,13c,13d,113 バスバーp電極、14,14a,14b,14c,14d,114 バスバーn電極、50a,50b,50c,50d 太陽電池セル、109 反射防止膜。 1,101 Silicon substrate, 2 p-type paste material, 3 n-type paste material, 4 diffusion prevention film, 5,105 n + layer, 6,106 p + layer, 8 texture structure, 9,10 passivation film, 11,111 Finger p electrode, 12, 112 Finger n electrode, 13, 13a, 13b, 13c, 13d, 113 Bus bar p electrode, 14, 14a, 14b, 14c, 14d, 114 Bus bar n electrode, 50a, 50b, 50c, 50d Solar cell Cell, 109 Antireflection film.
Claims (2)
半導体基板の裏面にp型不純物を含むp型ペースト材およびn型不純物を含むn型ペースト材を付着させる工程と、
前記p型ペースト材および前記n型ペースト材を覆うように前記半導体基板の前記裏面に拡散防止膜を形成する工程と、
前記半導体基板を加熱することによって前記p型ペースト材に含まれる前記p型不純物を前記半導体基板に拡散させてp+層を形成する工程と、
前記半導体基板を加熱することによって前記n型ペースト材に含まれる前記n型不純物を前記半導体基板に拡散させてn+層を形成する工程と、
前記半導体基板の前記受光面をエッチングすることによってテクスチャ構造を形成する工程と、を含み、
前記テクスチャ構造を形成する工程において、前記拡散防止膜は前記テクスチャ構造の形成時のエッチングマスクを兼ねる、太陽電池セルの製造方法。 A method of manufacturing a solar battery cell in which a p + layer and an n + layer are formed on the back surface opposite to the light receiving surface of a semiconductor substrate,
Attaching a p-type paste material containing a p- type impurity and an n-type paste material containing an n-type impurity to the back surface of the semiconductor substrate;
Forming a diffusion barrier film on the back surface of the semiconductor substrate so as to cover the p-type paste material and the n-type paste material ;
Heating the semiconductor substrate to diffuse the p-type impurities contained in the p-type paste material into the semiconductor substrate to form a p + layer;
Heating the semiconductor substrate to diffuse the n-type impurities contained in the n-type paste material into the semiconductor substrate to form an n + layer;
Forming a texture structure by etching the light receiving surface of the semiconductor substrate,
In the step of forming the texture structure, the diffusion prevention film also serves as an etching mask when the texture structure is formed .
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